(57)【要約】【課題】本発明は、データ信号の半二重２進転送用の高速２進転送モードと、制御信号の全二重転送用の全二重ドミナント論理送信方式を有する３進制御転送モードを組み合わせたバス・トランシーバを提供する。【解決手段】本発明は、送信チャネルを介して通信するトランシーバであって、送信チャネルに接続された受信機を有し、この受信機は第１のモードにおいては、送信チャネル上にドライブされた２進信号状態に従ったデータを送信チャネルから受信し、第２のモードにおいては、送信チャネルにドライブされた３進信号状態に従ったデータを送信チャネルから受信するトランシーバ。【選択図】図１
2005168062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信チャネルを介して通信するトランシーバであって、該トランシーバは、送信チャネルに接続されたレベルシフト回路と、このレベルシフト回路に接続された比較器とを備え、このレベルシフト回路は、第１のモードにおいては、前記比較器によって検出される信号の第１のしきい値を設定するように、また、第２のモードにおいては、前記比較器によって検出される信号の第２のしきい値を設定するように構成されてなることを特徴とするトランシーバ。
【請求項２】
送信チャネルは一対の差動信号用の一対の信号線からなることを特徴とする請求項１に記載のトランシーバ。
【請求項３】
レベルシフト回路は２つのトランジスタを有し、この２つのトランジスタはそれぞれ２つの電流源に従って送信チャネルから受信する差動信号を調整し、比較器に供することを特徴とする請求項２に記載のトランシーバ。
【請求項４】
第１と第２のしきい値は電流源の出力に従って決定されることを特徴とする請求項３に記載のトランシーバ。
【請求項５】
電流源の出力の比はトランジスタの温度変動を補償するように制御されることを特徴とする請求項４に記載のトランシーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータ・システム中の相互接続された複数の装置またはノード間でベースバンド・データ通信を可能にするバス・アーキテクチャ通信方式に関し、詳細には、２方向同時信号転送用の全二重ドミナント論理方式を有する低速３進制御転送モードを高速２進転送モードに組み込んだバス・トランシーバに関する。
【背景技術】
【０００２】
以下では、特定の装置が、普通なら「ローカル・ホスト」と呼ばれるより高いインテリジェンスを有するかどうかにかかわらず、話を簡単にするために、すべてのコンピュータ装置を「ノード」と呼ぶ。また、ローカル・ホストの語は、それがハードウェアを備えるか、それともハードウェアとソフトウェアとを備えるかにかかわらず使用される。
【０００３】
ディスク・ドライブ、ＣＲＴ、プリンタなど、コンピュータ・システム内のノードは、それらの間で信号を搬送する能力を必要とする。従来、これは、複数の通信回線またはチャネルを備え、システム中のいくつかのノードを相互接続する共用通信経路として働く標準入出力バスによって行われている。そのようなシステムでは、バスに接続されたノード間で信号を同時に送信して、所与の期間中に送信できる情報量を増加させ、したがって、コンピュータの全体的な速度を増加させることができるバス・アーキテクチャを用意することが望ましい。この種の送信を全二重送信と呼ぶ。しかし、従来型のバス・アーキテクチャでは、特定のノードによってバス上で送信される信号を、バスに接続された他のすべてのノードが受信することができ、その結果、２つ以上の信号がバス上で同時に送信された場合、重畳されて、どのノードでも理解できない混乱した信号をもたらす。
【０００４】
従来型のベースバンド・データ通信システムでは、この問題は以下の２つの技法によって部分的に解消されている。第１の技法は、時間二重化と呼ばれ、共用入出力バスに接続された複数のノードが、その信号をバス上で送信する特定の時間割当てを個別に与えられる。この種の送信は、各ノードが順次バスへのアクセスを与えられるラウンド・ロビン手順に類似している。時間二重化を共用バス上で使用することに関する主要な欠点は、各ノードのドライバを順次、ある時間にわたってイネーブルする一般的な同期システムが必要であり、その場合でも、信号が依然として個別に送信されるので全体的な送信が低速であることである。さらに、この種の送信は、２方向送信（すなわち全二重）ではなく、そのため、他のノードの情報を要求したノードは、前者のノードが所望の情報を送信する順番を与えられるまで待機しなければならない。
【０００５】
第２の技法は、２つのノード間の全二重送信を可能にするためにバスに結合されたノード間の各相互接続用に少なくとも２つの送信回線を有するバスを準備することから成る。たとえば、６つの相互接続を形成するように相互に接続された４つのノードがある場合、１２本の送信回線が必要である。この技法は、以前の技法で与えられた問題を解決するが、バスの物理的寸法および複雑さに関する他の問題を発生させ、バスを駆動するために大量の電力が必要となる。
【０００６】
さらに、従来技術のバス・アーキテクチャでは、データ転送バスは一般に、バスを形成するポイント・ツー・ポイント相互接続または「リンク」を介して相互に直接結合されたノード間でベースバンド・データ信号を送信するために使用されている。この種のバスでは、ノード間のデータ信号転送は時折、１つのノードが他のノードのデータを要求し、あるいは他のノードへデータを送信する必要があるときしか行われない。バスは、連続データ転送間で無限に長い期間にわたってアイドル状態を維持することがきるので、通常、普通なら発生する電力消費量を低減させるために隣接するノードのドライバをディスエーブルすることによって、バスをアイドル状態にしている。
【０００７】
バスをアイドル状態に維持する１つの方法は、バイアス回路を使用して、バスを２つの信号状態のうちの１つ（すなわち、２進１信号状態または２進０信号状態）に能動的にバイアスさせることであるが、この手法は、これらの状態を維持するために必要な電流のために著しい量の電力を消費する。差動データ転送バスと共に使用すべき知られている他の方法は、低インピーダンス受動成端装置を使用してバスを受動的にバイアスすることである。しかし、この方法を使用してバス・アイドル状態を維持すると、二重端末差動バスの全体的な同相分排除が劣化する。したがって、従来技術のバス・アーキテクチャは従来、バス・アイドル状態を維持するために、大量の電力を使用し、あるいは、バスの同相分排除範囲を犠牲にする必要があった。
【０００８】
しかし、さらに最近では、このバス・アイドル状態によって発生する電力消費量を低減させる他の手段が、第３の低出力信号状態をバス・アイドル状態として使用することによって実現された。この第３の状態は、Ｚ信号状態と呼ばれ、（バス上でドライブされたときの）対応する電流振幅がほぼ０ｍＡになるように２つの２進信号状態の中間の信号振幅を有する。本発明によれば、電流振幅約０ｍＡを有する中間信号状態をバス・アイドル状態として使用すると、アイドル状態中のバスによる電力消費量が低減されるだけでなく、バス上で全二重送信方式を実施するうえで使用すべき追加信号状態も与えられる。しかし、この第３の状態は、バス・アイドル状態中の電力消費量を低減させるバースト・モード差動バスでは使用されているが、バス上でのデータの転送には使用されていない。
【０００９】
出願人は、バースト・モード差動バスでＺ信号を実施しようとして、２進信号状態を検出するためにそのようなバスで使用される従来型の２進受信機の設計のために、この状態が特殊な問題を構成することが分かった。具体的には、従来型の２進受信機を使用して中間Ｚ信号状態をバス上でそのまま実施すると、バス・アイドル状態中に、予想できない動作が実行され、誤った信号が生成される。これは、受信機に２進信号状態間で状態を無作為に切り替えさせる、Ｚ信号状態の中間電流振幅の周りのバス上での電流変動によるものである。他の実施態様によれば、出願人は、Ｚ信号状態の電流振幅の周りにヒステリシス領域を有するヒステリシス受信機を使用して、無作為な発振を防止した。しかし、制御信号転送フェーズ中にはヒステリシス受信機を必ず使用する必要があるが、そうすると、ヒステリシス受信機が通常のデータ送信時に有害なデューティ・サイクルひずみを発生させる重大な問題がデータ信号転送フェーズ中に発生した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の一目的は、Ｚ状態をバスの２進状態と共に、バスをアイドル状態に維持する信号状態として、かつ全二重ドミナント論理送信方式を実施するバス状態として使用する方法および装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、高速２進データ転送モードと、好ましいデータ信号転送方向を自動的に判定して、他の制御情報および識別情報を交換する全二重ドミナント論理送信方式を有する３進制御転送モードを組み合わせたバス・トランシーバ用の方法および装置を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、より高い優先順位のメッセージを送信できるように、一方のトランシーバのドライバが他方のトランシーバのドライバによって割り込まれる、半二重２進送信方式での割り込み通知方法および装置を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、ＩＥＥＥＰ１３９４規格で提案されたような、２つのノードのトランシーバを相互接続する対より線差動直列バスで上記の目的を満たす方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、データ信号の半二重転送用の高速２進転送モードと、制御信号の全二重転送用の全二重ドミナント論理送信方式を有する３進制御転送モードを組み合わせたバス・トランシーバを提供するものである。本発明の一実施の形態では、上述の転送モードは、対より線直列バスを介して第２の通信ノードに結合された少なくとも第１の通信ノードを含むバス・アーキテクチャで実施される。
【００１５】
各ノードは、第１のトランシーバと第２のトランシーバとを備え、一方の対より信号線対が、第１のノードの第１のトランシーバと第２のノードの第２のトランシーバを相互接続し、第２の対より信号線対が、第２のノードの第１のトランシーバと第１のノードの第２のトランシーバを相互接続する。第１のトランシーバと第２のトランシーバは共に、差動信号状態をバス上でドライブする差動ドライバと、高速データ信号を受信する高速２進受信機と、制御信号を受信する３進受信機とを備える。さらに、２つの第２のトランシーバは共に、受信されたときに現データ転送フェーズを終了するように働く割り込み制御メッセージを検出する割り込み通知受信機も含む。
【００１６】
２進データ転送モードに関しては、２進受信機は、データ信号を受信するために単一の電圧比較器を有する高速受信機を備える。電圧比較器は、バス状態を、データ転送モード中に対応する信号状態に変換する。高速２進データ転送モードは半二重に過ぎないので、２進データ転送の好ましい方向を判定するには全二重送信機能を有する調停方式が必要である。これは、同時送信機能を提供する各トランシーバの３進受信機でドミナント論理方式を実施することによって行われる。
【００１７】
ドミナント論理方式は、バス上に存在する少なくとも３つの信号状態を使用し、好ましい実施態様では、１つの信号状態は、電流振幅が約０ｍＡである中間Ｚ信号状態である。Ｚ信号状態は、（ほぼゼロの電流振幅によって）バス・アイドル状態中のバスの電力消費量を低減させるためだけでなく、バス上で転送できる情報の量も増加させる。後者の機能は、ドミナント論理方式に従って動作する３進受信機を各トランシーバ中で使用することによって可能となる。ドミナント論理方式を実施する際、３つの信号状態は、各トランシーバ対によって、選択された信号状態を同時にドライブすることによってバス上で組み合わされ、バス上での結果的な電流振幅を表す３つのバス状態のうちの１つが形成される。次いで、バス上に形成されたバス状態が、３進受信機によって検出され、対応する３つの符号化論理状態のうちの１つを生成するために使用され、次いで、この１つの状態が部分的に復号され、対応するトランシーバによってドライブされた信号状態をある程度表す出力が得られる。部分的に復号されたこの論理状態はその後、バスの調停フェーズで様々な制御機能のために受信側通信ノードによって使用される。
【００１８】
本発明の一実施の形態では、各ノードのクロック送信トランシーバに電圧比較器または演算増幅器を備える割り込み通知受信機がある。第１のノードが、第２のノードから第１のノードへのデータ転送時に優先順位制御情報を第２のノードへ送信しなければならないとき、第１のノードは、クロック受信トランシーバのドライバをイネーブルし、その結果、基準クロック信号を送信する信号線上で割り込みメッセージがドライブされる。このように、基準クロック信号のｄｃレベルがより高いレベルにシフトアップされ、割り込み通知受信機の比較器のしきい値がトリガされる。割り込み受信機は次いで、対応する割り込み通知を第２のノードの駆動回路に出力して、第１のノードのデータの転送を停止する。
【００１９】
さらに、本発明の様々な受信機を形成する電圧比較器が、妥当なバス電圧値を検出するために必要な振幅で送信信号を受信できるように、本発明はさらに、受信機のフロント・エンドで信号の同相モード・シフトを行う手段を提供する。これを実行するには、各電圧比較器のフロント・エンドで同相モード電圧変換器として実施された、ＰＮＰバイポーラ接合変換器を有するレベル・シフト回路をトランシーバの各受信機に与える。
【００２０】
本発明の他の実施の形態によれば、相互接続された多速度バスを形成するように複数のリンクを介して結合された複数のノードを有する特定の多速度バス・アーキテクチャで調停信号を全二重送信する方法および装置が提供される。相互接続された多速度直列バスに結合された各ノードは、制御信号およびデータ信号を受信し送信するために直列バスに直接接続された物理チャネル・インタフェース・チップ（またはＰＨＹ）を備える。各ノードは、スケーリング可能なインタフェースを形成する固定速度・可変寸法バスＹを介してデータ信号と制御信号を共にＰＨＹとの間で送受信するリンク・レイヤ・チップ（または「ＬＬＣ」）も備える。そのような構成を用いた場合、本発明の相互接続されたバス・トランシーバ対はそれぞれ、システムの隣接するノードで使用される。上述のように、隣接するノードのＰＨＹ間のデータ信号の送信は２進転送モードを使用して実行され、制御信号の送信は３進転送モードを使用して実行される。
【００２１】
本発明の目的、特徴、および利点は、以下の詳しい説明から明らかになろう。
【００２２】
（発明の実施態様の説明）
本発明は、高速２進転送モードと、全二重ドミナント論理送信方式を有する３進制御転送モードを組み合わせたバス・トランシーバ用の方法および装置に関するものである。以下の説明では、本発明を完全に理解してもらうために、装置の速度、装置のタイプ、動作モードなど多数の詳細について述べる。しかし、当業者には、本発明を実施するうえでこのような詳細が必要とされないことが自明であろう。他の例では、本発明を不必要に曖昧にしないように、周知の回路、装置、方法などについては述べない。
【００２３】
図１に示した本発明の第１の実施の形態では、２つのバス・トランシーバ対１、２２および２、２１が、ノード５１、５２間のデータ信号の半二重送信および制御信号の全二重送信用の対より線直列バス４５を介して相互接続される。対より線直列バス４５は、それぞれ、差動信号を送信する送信チャネル２０を形成する、２つの信号線対４０、４１および４２、４３を備える。データが第１のノード５１から第２のノード５２へ送信されるバス４５上のデータ転送フェーズ中には、２つのノード５１、５２間で、第１の信号線対４０、４１を使用して差動データ信号が転送され、第２の信号線対４２、４３を使用して差動クロック信号が転送される。同様に、データが第２のノード５２から第１のノード５１へ送信されるバス４５上のデータ転送フェーズ中には、２つのノード５１、５２間で、第１の信号線対４０、４１を使用して差動クロック信号が転送され、第２の信号線対４２、４３を使用して差動データ信号が転送される。しかし、調停フェーズ中には、バス４５は、第１のノードと第２のノード５１、５２が共に、両方の信号線対４０、４１および４２、４３上で同時に調停情報を送信する全二重モードで（たとえば、２ビット並列チャネルとして）使用される。
【００２４】
第１の実施の形態は、対より線信号線４０、４１および４２、４３を有する直列バス４５を含むバス・トランシーバの応用例を対象とするものであるが、当業者には、バス中の送信チャネルの数にも、通信チャネルのタイプ（すなわち、シングル・エンド形か、それとも差動形）にも、使用する発信レベルの特定の数にもかかわらずに、ベースバンド・データ転送を実行する任意のタイプのバスで、本発明のバス・トランシーバおよびドミナント論理方式が使用されることが自明であろう。同様に、第１の実施の形態では、単に２つのノード５１、５２間に結合されるものとしてバス４５が示されているが、以下で説明する他の実施の形態では（図３参照）、コンピュータ・システム中の複数のノード３は、リンク４０を備える複数の対より線バス４５を介して任意に結合され、一般に、相互接続された多速度バス８０を形成している。
【００２５】
図１に示した第１および第２のトランシーバ１、２を参照すると、各トランシーバは、差動信号状態をバス４５上でドライブする差動ドライバ４と、高速データ信号を受信する高速２進受信機５と、制御信号を受信する３進受信機６とを備えている。トランシーバ２１および２２を参照すると、各トランシーバは同様に、差動ドライバ４と、高速２進受信機５と、３進受信機６とを備えている。しかし、トランシーバ２１および２２は、データ転送フェーズ中にそれぞれの受信側ノードによってクロック信号線上に重畳された割り込み制御メッセージを検出して、そのようなメッセージの受信時にデータの転送を終了する割り込み通知受信機７も備える。
【００２６】
トランシーバ１のドライバ４とトランシーバ２のドライバ４は共に、データ信号および制御信号をドライバ４への入力として供給する入力マルチプレクサ２の状態に応じて、それらの信号をドライブすることができる。別々のイネーブル・マルチプレクサ３が、トランシーバ状態（データ信号転送または制御信号転送）に応じて正しいイネーブル制御信号を供給する。駆動回路の好ましい実施態様では、データ線と制御線は共に２ビット幅である。第１ビットは、ドライバ入力マルチプレクサ２に入力され、ドライバ４の信号状態を制御する。第２ビットは、ドライバ・イネーブル・マルチプレクサ３に入力され、ドライバ４のオン／オフ状態を制御する。データ信号転送フェーズ中には、両方のトランシーバ１、２の一方のドライバ４のみがオンになる。イネーブルされたドライバは、ディスエーブルされたドライバがオフである間、データ信号転送フェーズが終了するまで、オンのままである（この例外は、以下でさらに詳しく説明する、特定のデータ転送フェーズ中にクロック信号を受信するトランシーバのドライバ４による（データ転送フェーズのプリエンプト時の）割り込み制御メッセージの送信である）。制御信号転送フェーズ中には、各ドライバ４は必要に応じてイネーブルされ、あるいはディスエーブルされる。ディスエーブルされたドライバは、Ｚ信号状態を生成し、イネーブルされたドライバは、第１の入力ビットによって指示された２進信号状態を生成する。
【００２７】
第１のノード５１と第２のノード５２の間で、調停信号を含め制御信号の全二重送信をイネーブルために、本発明は、少なくとも３つの信号状態Ａを有するバス４５を提供する。好ましい実施態様では、この３つの信号状態のうちの第３の信号状態は、電流振幅が約０ｍＡである中間Ｚ信号状態である。Ｚ信号状態は、（ほぼゼロの電流振幅によって）バス・アイドル状態中のバス４５の電力消費量を低減させるだけでなく、バス４５上で転送できる情報の量を増加させる。この後者の機能は、ドミナント論理方式に従って動作する３進受信機６を各トランシーバ１、２、２１、２２で使用することによって可能になる。ドミナント論理方式を実施する際、３つの信号状態Ａ（０、１、Ｚ）が、選択された信号状態Ａを各トランシーバ対１、２２および２、２１によって同時にドライブすることによってバス４５上で組み合わされ、バス４５上での結果的な電流振幅を表す３つのバス状態Ｂ（０、１、Ｚ）のうちの１つが形成される。同時ドライブ状況によってバス４５上に形成されたバス状態Ｂは次いで、３進受信機６によって検出され、対応する３つの論理状態Ｄ（０、１、Ｚ）のうちの１つを生成するために使用される。この１つの信号状態はその後、一方のトランシーバの３進受信機６によって復号され、他方のトランシーバによってドライブされた信号状態Ａが判定され、他方のトランシーバによって送信された制御メッセージが再構成される。
【００２８】
ドミナント論理方式は、３つの信号状態Ａを使用することによって完全に実施されるが、本発明が、３つよりも多くの信号状態Ａに適応し、したがって、３つよりも多くの論理状態Ｄを形成するために使用できる３つよりも多くのバス状態Ｂに適応できる送信チャネルに拡張できることは明らかである。同様に、本発明は、中間Ｚ信号状態とは異なる第３の信号状態Ｘを使用して実施することもできる。少なくとも３つの信号状態Ａを使用して、以下のような３つのバス状態Ｂを形成する限り、これを行うことができる。（ａ１）一方のドライバ４による０信号状態と対応するドライバ４による１信号状態を同時に送信した結果であるバス４５上の電流振幅は、両方のドライバ４によるＸ信号状態のバス４５上での同時送信（すなわち、Ｘバス状態）とほぼ同じである。（ａ２）一方のドライバ４による０信号状態と対応するドライバ４によるＸ信号状態を同時に送信した結果であるバス４５上の電流振幅は、２つのドライバ４のうちの一方による０信号状態のバス４５上での送信（すなわち、０バス状態）とほぼ同じである。（ａ３）一方のドライバ４による１信号状態と対応するドライバ４によるＸ信号状態を同時に送信した結果であるバス４５上の電流振幅は、２つのドライバ４のうちの一方による１信号状態のバス４５上での送信（すなわち、１バス状態）とほぼ同じである。（ａ４）両方のドライバ４によって０信号状態を同時に送信した結果であるバス４５上の電流振幅は、２つのドライバ４のうちの一方による０信号状態の送信（すなわち、０バス状態）とほぼ同じである。（ａ５）両方のドライバ４によって１信号状態を同時に送信した結果であるバス４５上の電流振幅は、２つのドライバ４のうちの一方による１信号状態の送信（すなわち、１バス状態）とほぼ同じである。（ａ６）両方のドライバ４によってＸ信号状態を同時に送信した結果であるバス４５上の電流振幅は、２つのドライバ４のうちの一方によるＸ信号状態の送信（すなわち、Ｘバス状態）とほぼ同じである。バス状態Ｂを生成するために使用される信号状態Ａのこの組合せを以下の表１で要約する。
【００２９】
【表１】
2005168062.tif 000003
【００３０】
好ましい実施態様では、バス４５上でのＺ信号状態の送信は、データ送信側受信機の対応するドライバ４をディスエーブルすることによって実行され、その結果、全体的な電力消費量が低減し、同時に、上記の条件ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６が自動的に満たされる。次いで、０信号状態および１信号状態の同時ドライブ時に結果として得られる電流振幅（またはバス状態Ｂ）がほぼゼロになり、Ｚバス状態が形成されるように、２進信号状態０および１の電流振幅を選択することによって、条件ａ１を満たすことができる。
【００３１】
３進受信器６はそれぞれ、バス４５上に形成されたバス状態Ｂを検出するために、組込み電圧しきい値または演算増幅器を有する２つの電圧比較器１１、１２を備える。さらに、３進受信機６はさらに、バス状態Ｂを対応する論理状態ＤおよびＥに変換する論理回路を備え、論理状態ＤおよびＥはその後、バス４５上の調停フェーズ中に制御メッセージの転送で使用できるように３進受信機６によって復号される。
【００３２】
各信号線対４０、４１および４２、４３が正信号線４０、４２と負信号線４１、４３とを有する、差動直列バス４５上での３つの信号状態Ａの特定の実施態様に関しては、２進０信号状態は、正信号線上で−４ｍＡを、負信号線上で＋４ｍＡをドライブすることによって送信チャネル２０上で送信され、２進１信号状態は、正信号線上で＋４ｍＡを、負信号線上で−４ｍＡをドライブすることによって送信チャネル２０上で送信され、Ｚ信号状態は、各信号線上に約０ｍＡが存在するときに送信チャネル２０上で送信される。
【００３３】
信号状態Ａを同時にドライブすることによって送信チャネル２０上で生成されるバス状態Ｂに関しては、基本的に、正信号線上の約−８ｍＡおよび負信号線上の約＋８ｍＡの電流振幅に対応する００バス状態、正信号線上の約−４ｍＡおよび負信号線上の約＋４ｍＡの電流振幅に対応する０バス状態、両方の信号線上の約０ｍＡに対応するＺバス状態、正信号線上の約＋４ｍＡおよび負信号線上の約−４ｍＡの電流振幅に対応する１バス状態、正信号線上の約＋８ｍＡおよび負のワイヤ上の約−８ｍＡの電流振幅に対応する１１バス状態の５つの可能なバス状態がある。
【００３４】
さらに、好ましい実施態様では、送信チャネル２０は、特性インピーダンスが１１０Ωであり、ダブル・エンド形である。したがって、０バス状態は、差動電圧約−２２０ｍＶで表される。同様に、１バス状態は、差動電圧約＋２２０ｍＶで表される。したがって、Ｚバス状態は、差動電圧約０ｍＶで表される。
【００３５】
送信チャネル２０上で５つのバス状態Ｂを生成することができるが、本発明の好ましい実施の形態は、この５つの可能なバス状態Ｂのうちの３つのみ（すなわち、０、１、Ｚ）を利用して、トランシーバ回路の複雑さを最小限に抑えるように設計されている。しかし、当業者には、すべての５つのバス状態Ｂを使用して、より高いレベルのバス・プロトコルで使用すべきより多くの情報を抽出することができる。すべての可能なバス状態を使用するには、３進受信機６でさらに２つの電圧比較器１１、１２（または演算増幅器）を実施するだけでなく、マルチレベル符号化機構（すでに使用中）を追加する必要がある。
【００３６】
上述のように、３進受信機は、バス４５上に形成されたバス状態Ｂを検出する２つの電圧比較器を備えることが好ましい。したがって、第１の比較器１１のしきい値は、Ｚバス状態の検出された電圧振幅と１バス状態の検出された電圧振幅の間の値（すなわち、−９８ｍＶ）を有し、第２の比較器１２のしきい値は、Ｚバス状態の検出された電圧振幅と０バス状態の検出された電圧振幅の間の値（すなわち＋９８ｍＶ）を有する。
【００３７】
さらに、３進受信機６を使用して本発明で３つの信号状態Ａを実施することに関しては、データ転送動作モードと調停動作モードの間の基本的な違いを送信チャネル２０上で実現する必要があった。２進データ転送モードは一般に、速度がトランシーバ回路の機能と送信チャネル２０の帯域幅にしか制限されない半二重送信である。データ送信側ノードのトランシーバは、送信チャネル２０に沿った信号伝播遅延に応じた最大速度で送信チャネル２０上で所望のメッセージを出力する。しかし、調停転送モードは一般に、全二重送信であり、最大速度は主として、送信チャネル２０に沿った伝播遅延によって制限される。これは、相互接続されたバス８０に結合されたすべてのノード３に、調停メッセージを見てそれに応答する機会を与える必要があるからである。したがって、３進受信機６によって与えられる全二重送信が必要であるのは、調停転送モード中だけである。バスの物理的構成によって調停プロセスに課される基本的な制限のために、システムの全体的な性能にそれほど影響を与えずにより低い帯域幅の３進受信機６を使用することができる。より低い帯域幅の３進受信機６は、信号振幅の減少を補償し、その結果同じビット誤り率レベルを維持する。
【００３８】
２進データ転送モードに関しては、２進受信機５は、送信チャネル２０を介して送信されたデータ信号を受信する単一の電圧比較器１３を有する高速受信機を備える。電圧比較器１３は、データ転送モード中にバス状態０および１を信号状態０および１に変換する。図３に示したバス８０全体の動作を制御するより高いレベルのプロトコルでは、バス４５上のデータ転送時に、使用されるバス状態Ｂが０および１だけになる。したがって、本発明の２進受信機５は、ヒステリシスを必要とせず、したがって、受信されるデータのデューティ・サイクルひずみを最小限に抑える。しかし、バス調停フェーズ中には、制御信号が３進受信機６にしか受信されないので、受信機５がディスエーブルされる。
【００３９】
高速２進データ転送モードは半二重に過ぎないので、２進データ転送の好ましい方向を判定するには調停方式が必要である。大部分の一般的なケースでは、着信データ転送の好ましい方向を判定するための交渉に、バス８０に接続されたすべてのノード３を含めることができる。バス調停アルゴリズムを実施する制御信号の交換が全二重で行われるので、調停フェーズの継続期間が短縮され、したがって、バス有効帯域幅が最小限に抑えられる。３進受信機６で実施されるドミナント論理方式によって、リンク４０に接続されたトランシーバは、制御情報を同時に送受信することができ、したがって調停フェーズの最小継続期間が短縮される。
【００４０】
３進転送モードでのドミナント論理方式の実施態様では、「データ受信側」トランシーバ２１の３進受信機６は、それぞれ、検出されたバス状態Ｂに応答して２進値Ｃを出力することができる２つの電圧比較器１１、１２を使用する。図１および以下の表２を参照すると、第１のマルチプレクサ８など組合せ論理機構を使用することによって、第１および第２の比較器１１、１２から導かれた２つの２進値Ｃは、送信チャネル２０上のバス状態Ｂを表す論理状態Ｄに変換される。この論理状態Ｄは次いで、「データ送信側」トランシーバ２のドライバ４によって送信された信号状態Ａをある程度表す部分的に復号された論理状態Ｅを出力するために、データ受信側トランシーバ２１のドライバ４によってローカルにドライブされた信号状態Ａと共に、第２のマルチプレクサ９への入力として供給される（同時ドライブ状況をもたらすために各トランシーバが送信チャネル２０上で信号状態Ａをドライブするが、対応する「データ送信側」トランシーバ（２または１）が送信チャネル２０上でどの信号状態Ａをドライブしているかを判定するために復号済み出力を分析する際、特定のトランシーバを「データ受信側」トランシーバ（それぞれ、２１または２２）と呼ぶことに留意されたい）。
【００４１】
先に指摘したように、データ受信側トランシーバ２１から出力される論理状態Ｅは、部分的にしか復号されないので、さらに２つの電圧比較器を３進受信機６で実施すると共に、すべての５つのバス値Ｂを使用する場合、論理状態Ｅを完全に復号することができる。しかし、好ましい実施の形態では、実用上の目的のために複雑さが最小限の実施態様を選択し、３進受信機６から出力される論理状態Ｅが完全には復号できない４つの状況を使用することが決定されている。これを行うには、特定の論理状態Ｅで表される可能な単一の状態Ａ間の微分が不要である、本発明の相互接続されたバス８０用の調停方式を採用する。すなわち、相互接続されたバス８０上の調停メッセージ交換に関しては、データ受信側トランシーバ２１からは区別できないように論理状態Ｅを調停方式で使用する。
各トランシーバでの３進受信機の特定の実施態様に関しては、３進受信機６の第１の比較器１１は、検出されたバス状態Ｂの入力電圧Ｉから、Ｉ≧Ｍであるか、それともＩ＜Ｍであるかを判定できるようなしきい値Ｍ（すなわち、約＋９８ｍＶ）を有し、２進値としてそれぞれ１または０を出力する（以下の表２を参照されたい）。より低いしきい値Ｎ（すなわち、約−９８ｍＶ）を有する第２の比較器１２は、Ｉ≧Ｎであるか、それともＩ＜Ｎであるかを判定することができ、２進値としてそれぞれ１または０を出力する。このように、同時ドライブ状況中にバス４５上に存在するバス状態Ｂを検出し、仮定Ｍ＞Ｎを使用して論理状態Ｄとして符号化し、ドミナント論理方式でバス状態Ｂを表すことができる。以下の表２を参照すると、２進値は、Ｉ≧Ｍ＞Ｎであるとき、第１のマルチプレクサ８が論理状態１を出力し、Ｉ＜Ｎ＜Ｍであるとき、第１のマルチプレクサ８が論理状態０を出力し、Ｉ＜ＭおよびＩ≧Ｎであるとき、第１のマルチプレクサ８が論理状態Ｚを出力するように組み合わされている。
【００４２】
【表２】
2005168062.tif 000004
【００４３】
以下に示した包括的な表３を参照すると、データ受信側トランシーバの３進受信機６の出力は、データ送信側トランシーバ２のドライバ４によって送信された信号状態Ａをある程度示す、部分的に復号された論理状態Ｅから成る。部分的に復号された論理状態Ｅは、信号状態Ａだけでなく第１のマルチプレクサ８から出力された論理状態Ｄも入力として受信する第２のマルチプレクサ９を使用することによって導出される。論理状態Ｄの値と信号状態Ａの値は、表３に示したように第２のマルチプレクサ９で組み合わされ、論理状態Ｅが得られる。
【００４４】
【表３】
2005168062.tif 000005
【００４５】
一例を挙げると、トランシーバ２１のドライバ４がＺ信号状態を出力し、データ送信側トランシーバ２のドライバ４が０信号状態を出力した場合、データ受信側トランシーバ２１の３進受信機６は、０バス状態が存在することを検出する（この結果得られる電流は、正信号線４２上では−４ｍＡであり、負信号線４３上では＋４ｍＡであり、ダブル・エンド１１０Ω特性インピーダンス送信線上ではそれぞれ、約−２２０ｍＶの差動電圧となる）。これは、上述のように、第１のマルチプレクサ８によって０論理状態として符号化され、第２のマルチプレクサ９に供給される。第２のマルチプレクサ９は、データ受信側トランシーバ２１のドライバ４によって送信チャネル２０上にローカルにドライブされた信号状態Ａも入力として受信する。第２のマルチプレクサ９は、データ受信側トランシーバ２１がその時点で送信チャネル２０上でＺ信号をドライブしていることを知り、（たとえば、上記の表３の列１および６をマルチプレクサの回路で実施することによって）０論理状態が、同時に送信回線上で信号状態０をドライブしているトランシーバ２によって発生したものであると判定する。したがって、３進受信機６からの出力は０復号済み論理状態である。
【００４６】
本発明は、全二重送信環境で制御信号を送信し復号できるだけでなく、第１のノード５１と第２のノード５２の間のデータ信号の半二重送信に割り込んで、より高い優先順位の制御信号転送を行うことができるようにする手段も提供する。たとえば、第２のノード５２が第１のノード５１へデータ信号を転送している場合、第１のノード５１は、実行すべきより高い優先順位の制御信号転送を有することを第２のノード５２に通知できることが望ましい。そのような状況では、送信側ノード５２は次いで、そのデータ信号転送を終了して、第１のノード５１がより優先順位の高い制御信号転送を開始できるようにする。
【００４７】
本発明の一実施の形態では、各ノードのクロック送信側トランシーバ、すなわち、ノード５１のトランシーバ２１およびノード５２のトランシーバ２２に、電圧比較器または演算増幅器を備える割り込み通知受信機７を提供することによってこれを実行する。第１のノード５１のトランシーバ２１の割り込み通知受信機７は、基準クロック信号を第１のノード５１から第２のノード５２へ転送するために使用される対より線信号線４２、４３に接続される。同様に、第２のノード５２のトランシーバ２２の割り込み通知受信機７は、基準クロック信号を第２のノード５２から第１のノード５１へ転送するために使用される対より線信号線４０、４１に接続される。
【００４８】
第２のノード５２から第１のノード５１へのデータ転送時に、第１のノード５１が優先順位制御情報を第２のノード５２へ送信しなければならないとき、第１のノード５１は、クロック受信側トランシーバ１のドライバ４をイネーブルし、その結果、信号線４０、４１上で信号状態１（割り込みメッセージ）がドライブされる。このように、信号線４０、４１上の基準クロック信号のｄｃレベルは、０および１の交番バス状態からＺおよび１１の交番バス状態へシフトアップされ、それによって、クロック送信側トランシーバ２２の割り込み通知受信機７の比較器１４の組込み電圧しきい値がトリガされる。次いで、クロック送信側トランシーバ２２の割り込み受信機７は、対応する割り込み通知を第２のノード５２の駆動回路に出力して、第１のノード５１へのデータの転送を停止する。
【００４９】
電流に関しては、信号線４０、４１上の０および１の交番信号状態を表す差動クロック信号に関する電流レベルはそれぞれ、正信号線４０上では−４ｍＡおよび＋４ｍＡの交番値を備え、負信号線４１上では＋４ｍＡおよび−４ｍＡの交番値を備える。クロック受信側トランシーバ１が、＋４ｍＡおよび−４ｍＡの電流振幅を備える信号状態１をそれぞれ、正信号線４０および負信号線４１上でドライブすると、信号線４０、４１上でその結果得られる電流振幅はそれぞれ、正信号線４０上では０ｍＡおよび＋８ｍＡの交番値を備え、負信号線４１上では０ｍＡおよび−８ｍＡの交番値を備える。
割り込み通知によって生成されるＺおよび１１の交番バス状態を検出するには、各割り込み通知受信機７の比較器１４のしきい値を約＋１００ｍＶに設定することが好ましい。さらに、各割り込み通知受信機７は、当技術分野で周知のように、クロック線４０、４１上でドライブされた差動クロック信号のＤＣ成分を抽出するフィルタリング回路１５も備える。このフィルタ１５の時定数は、ＡＣ信号成分の振幅を割り込み通知受信機のしきい値レベルの範囲よりも減少させることができるほど長くなければならないが、割り込み通知に対する反応時間を充分に短くしなければならない。
【００５０】
本発明は、その受信機５、６、７を形成する電圧比較器１１、１２、１３、１４が、妥当なバス電圧値を検出するために必要な振幅で、送信された信号を受信できるようにするために、さらに、受信機５、６、７のフロント・エンドで信号の同相モード・シフトを行い、同時に製造プロセスとは独立の電圧オフセットを与える手段を提供する。バス４５を介して２つのノード５１、５２間に接続された接地接続を横切って発生する可能性がある電圧降下によって、受信信号振幅の同相モード値が、受信機５、６、７の同相モード範囲よりも低くなる恐れがある。したがって、比較器１１、１２、１３、１４が必要とする妥当な信号振幅を得て、バス４５の同相モード性能を最適化するために、各受信機５、６、７のフロント・エンドで約６５０ｍＶの同相モード・レベル・シフトを実施する。これは、トランシーバ１、２、２１、２２の各受信機に、図２に示したレベル・シフト回路１０を設けることによって実行され、この場合、ＰＮＰバイポーラ接合トランジスタＱ１およびＱ２が、電圧比較器１１、１２、１３、１４の前で同相モード電圧変換器を実施する。
具体的には、２つの電流源Ｉ１およびＩ２を、共通電圧バイアスに並列させ、かつその下流側に配設し、それぞれ、同様に並列に配置された各ＰＮＰトランジスタＱ１およびＱ２のエミッタに結合する。各ＰＮＰトランジスタＱ１およびＱ２のベースを別々の信号線に結合し、同時に、ＰＮＰトランジスタＱ１およびＱ２のコレクタを相互にグラウンドに結合する。さらに、各ＰＮＰトランジスタＱ１およびＱ２のエミッタを電圧比較器１１、１２、１３、１４の別々の入力に結合する。
【００５１】
この構成では、ＰＮＰバイポーラ接合トランジスタＱ１およびＱ２が、そのベース・エミッタ間接合部全体にわたって約６５０ｍＶのＤＣレベル・シフトを行い、同時に、電流源Ｉ１およびＩ２が、ＰＮＰトランジスタＱ１およびＱ２用のバイアス機構を形成し、その結果、電流源Ｉ１の電流振幅と電流源Ｉ２の電流振幅の比によって、比較器１１、１２、１３、１４のしきい値が制御される。しかし、電流源Ｉ１およびＩ２の電流の絶対的な大きさは、予想可能な同相モード・レベル・シフトが得られるように、プロセス変動および温度変動からある程度独立すべきである。この特定の実施の形態ではゼロしきい値を有する高速２進受信機５では、２つの電流の振幅を等しくすべきである（すなわち、バイポーラ・トランジスタＱ１とバイポーラ・トランジスタＱ２が同じである場合、値は約Ｉ１＝Ｉ２＝３０μＡである）。このように、２進受信機５は、Ｖａ≧Ｖｂであるときに２進１を出力し、Ｖｂ＜Ｖａであるときに２進０を出力する。３進受信機６の比較器１１、１２では、各比較器１１、１２ごとに電流源Ｉ１と電流源Ｉ２の比を制御することによって所望のしきい値が実施される。第１の比較器１１の電流値は、Ｑ２がＱ１の寸法の４倍であるときＩ１＝１５μａおよびＩ２＝１０５μａであり、そのため、第１の比較器１１は、Ｖａ≧Ｖｂ＋９８ｍＶであるとき２進１を出力し、Ｖａ＜Ｖｂ＋９８ｍＶであるときに２進０を出力する。同様に、第２の比較器１２の電流値は、Ｑ２がＱ１の寸法の４倍であるときＩ１＝１０５μａおよびＩ２＝１５μａであり、そのため、第２の比較器１２は、Ｖａ≧Ｖｂ−９８ｍＶであるとき２進１を出力し、Ｖａ＜Ｖｂ−９８ｍＶであるときに２進０を出力する。
【００５２】
一般に、２つの電流源Ｉ１およびＩ２の比に対する制御は、集積回路製造プロセスでは非常に良好である。具体的に言うと、標準ＣＭＯＳ製造プロセスでは、プロセスを修正せずにフロント・エンドＰＮＰバイポーラ接合トランジスタＱ１およびＱ２を垂直基板トランジスタとして実施することができる。このように実施されたオフセットは、２つのＰＮＰトランジスタのベース・エミッタ接合電圧の温度に対する変動のために、温度に対してわずかに変動する。この変動は、２つのバイアス電流源Ｉ１およびＩ２に対して逆温度依存性を実施することによって容易に取り消すことができる。
【００５３】
図２に示したレベル・シフト回路１０では、３進受信機の高帯域幅のために調停転送モード中の理論ビット誤り率が増加することにはなるが、各トランシーバ２１、２２ごとの２進受信機５、３進受信機６、および割り込み通知受信機７のそれぞれの代わりに単一の３進受信機６を実施することもできる。すなわち、本発明は、割り込み通知方法だけでなく両方の転送モードも単一の３進受信機６を使用して実行できるように修正することができる。３進調停転送モード中に、３進受信機６は、上述のように動作する。具体的には、同時ドライブ状況でのバス状態Ｂを検出するために、第１の比較器１１のしきい値が、１信号状態とＺ信号状態の中間の電流振幅に対応する第１の値に設定され、第２の比較器１２のしきい値が、０信号状態とＺ信号状態の中間の電流振幅に対応する第２の値に設定される。
【００５４】
しかし、３進データ転送モードでは、第２の比較器１２の前に置かれたＰＮＰレベル・シフト回路１０用の電流源Ｉ１と電流源Ｉ２の比を、３進受信機６の第２の比較器１２を２進受信機５として使用するように動的に切り替える（あるいは、制御する）ことができる。このように、第２の比較器１２のしきい値は、２進受信機５として使用できるようにバス上で送信された２進信号状態の中間の電流振幅（すなわち、０Ｖ）に対応する第３の値に設定される。第１の比較器１１に関しては、そのしきい値は、２進データ転送モード中に、第２の比較器１２を割り込み通知受信機７として使用するために第１の値に維持される。しかし、割り込み通知が必要でない場合、単に第１の比較器１１をディスエーブルすることができる。このように、単一の３進受信機６を使用することによって、トランシーバ回路の全体的な寸法および複雑さを大幅に低減させることができる。理論ビット誤り率が増加する問題は、第２の電圧比較器１２を調停フェーズで３進受信機の一部として使用するときに前記比較器の帯域幅を減少させ、次いで、データ転送フェーズで２進受信機として使用するときに帯域幅をその完全な値に復元することによって解決することができる。第１の比較器１１が、調停フェーズ中には制御信号の受信専用に使用され、データ転送フェーズ中には割り込み通知の受信専用に使用されるので、第１の比較器１１の帯域幅は低く維持することができる。
【００５５】
本発明の他の実施の形態によれば、「高性能直列バス（Ｈｉｇｈ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）」（１９９２年１０月１４日の草案５．３ｖ１）と題するＩＥＥＥ規格文書（ＩＥＥＥ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｄｏｃｕｍｅｎｔ）Ｐ１３９４に従って設計された特定の多速度バス・アーキテクチャで調停信号を全二重送信する方法および装置が提供される。この文書は、参考のために付録Ａとして本明細書に添付されている。Ｐ１３９４に記載された規格は、コンピュータ・システム内のノード間に低コストの相互接続を有する高速直列バスを提供するように設計されている。
【００５６】
図３に示したように、コンピュータ・システムの複数のノード３は、相互接続された多速度バス８０を形成するように、複数のリンク４０を介して任意に結合される。この実施の形態では、各リンク４０は、前述のように差動対より線直列バス４５を備える。相互接続された多速度直列バスに結合された各ノード３は、制御信号およびデータ信号を送受信できるように直列バスに直接接続された物理チャネル・インタフェース・チップ（または「ＰＨＹ」）を備える。各ノード３は、スケーリング可能なインタフェースを形成する固定速度・可変寸法バスＹを介してデータ信号と制御信号を共にＰＨＹとの間で送受信するリンク・レイヤ・チップ（または「ＬＬＣ」）も備える。ＬＬＣは、ＰＨＹから検索されたデータを処理するために、固定速度・可変寸法バスＸを介してノードのローカル・ホスト２５（マイクロプロセッサＭＰ）とのインタフェースもとる。
【００５７】
そのような構成では、本発明の相互接続されたバス・トランシーバ対１、２２および２、２１（図１に図示）はそれぞれ、システムの隣接するノード３で使用される。このように、上述のように、隣接するノード３のＰＨＹ間のデータ信号の送信は、２進転送モードを使用して実行され、制御信号の送信は、３進転送モードを使用して実行される。さらに、ＰＨＹ回路は、特定のＰ１３９４実施態様では、通信チャネル２０だけでなく電圧分配線と接地接続線とを含むリンク４０を介して電力を供給される。この電力分配アーキテクチャは、隣接する２つのノード３間で接地電位の著しい電圧差を発生させる可能性があるが、本発明のレベル・シフト回路１０を使用することによってこの問題が解決されるので有利である。
【００５８】
本発明を上記の実施の形態に関して説明したが、当業者には、前記説明に照らして多数の代替、記述、変更、および使用法が明白であろう。先に指摘したように、当業者には、バス中の送信チャネルの数にも、通信チャネルのタイプ（シングル・エンド形か、それとも差動形か）にも、使用する通知レベルの特定の数にもかかわらず、ベースバンド・データ信号転送を実行する任意のタイプのバスで、本発明のドミナント論理方式を含むバス・トランシーバが使用されることが明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】１つのデータ／調停通知トランシーバ対が２進受信機と３進受信機とを備え、他のクロック信号トランシーバ対が２進受信機と３進受信機と割り込み通知受信機とを備える、本発明の差動直列バス実施態様に使用される２つのバス・トランシーバ対を示すブロック図である。
【図２】本発明のバス・トランシーバの各受信機のフロント・エンドで使用されるＰＮＰレベル・シフト回路の図である。
【図３】特定のノードのＰＨＹチップとＬＬＣチップの間にスケーリング可能なインタフェース（バスＹとして示す）が提供されたことを含み、本発明のバス・トランシーバが、隣接するノードのＰＨＹに組み込まれた、Ｐ１３９４バス・アーキテクチャに従って任意のバス・トポロジーで相互接続された複数のノードを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６０】
１，２，２１，２２：トランシーバ
２：ドライバ入力マルチプレクサ
３：ドライバイネーブルマルチプレクサ
４：ドライバ
５：２進受信機
６：３進受信機
７：割り込み通知受信機
８，９：マルチプレクサ
１０：レベルシフト回路
１１〜１４：電圧比較器
１５：フィルタリング回路
２０：送信チャネル
４０−４１，４２−４３：信号線対
４５：バス
５１，５２：ノード
８０：多速度バス
【図１】
2005168062.tif 000006
【図２】
2005168062.tif 000007
【図３】
2005168062.tif 000008